张代凤，罗超

（1.云南省文山壮族苗族自治州水利电力勘察设计院，云南文山 663099；2.中国水利水电建设工程咨询中南有限公司，长沙 410014）

1 引言

城市化发展中，中小型水利水电工程的数量明显增多。但在设计中小型水利水电工程仍存在较多问题，导致该类工程设计方案无法有效应用。因此，本文就如何优化中小型水利水电工程设计方案展开分析，旨在利用更为科学的设计方案控制水利水电工程建设成本，完善中小型水利水电工程的基本性能。

2 水利水电工程设计基础要求

由于水利水电工程地区的地形条件复杂、水含量较大，大坝基础条件复杂，所以，水利水电工程的整体设计难度较大。为确保水利水电工程的设计质量，设计人员应采用GIS、CAD、计算机等技术从工程勘测、水力计算、大坝应力计算等多个环节入手，加强工程设计质量管理，使设计方案在水利水电工程建设中具有较强的指导价值。

3 中小型水利水电工程设计中的常见问题

3.1 设计方案的实用性不强

中小型水利水电工程设计中，一些工程设计方案的论证过于片面，设计人员没有考虑设计方案的经济性、应用性，使其设计质量评价流于形式，具体体现在以下方面：（1）水利工程结构设计与实际设计需求不符，且没有分析水利水电工程对生态环境造成的影响。（2）多数中小型水利水电工程设计过于简化，没有详细说明施工导流、载流部分、水电等设计内容，设计实用性不足，无法有序地与水利水电工程建设活动相衔接。（3）设计报告的规范性不足，设计报告中工程概况、设计指标、设计依据等主要内容的附表与基础数据不全，尺寸标注不到位、剖面图缺失，整体应用性较弱[1]。

3.2 缺乏工程实地勘测

水利水电工程所处的地理位置较为特殊，地形条件复杂，所以，在设计水利水电工程时，要求相关人员提前进行实地勘测工作，获取详细的地质与地形数据信息。但在实际的设计工作中却缺乏对工程实地的勘测，导致设计基础数据不完整，设计方案的可靠性不足；部分设计方由于专业勘测人员少，为节约勘测成本，简化了实地勘测环节及内容，没有详细地对工程建设区域进行测绘，使工程地质测绘信息较少。

3.3 设计方案缺乏细节内容

中小型水利水电工程中设计方案缺乏细节性内容，具体表现在设计人员在制作设计方案时，没有精确地计算水利水电工程的各类设计数据，如大坝防渗系数、安全系数、基础防漏设计等。细节性设计数据的缺失会引起设计变更风险，造成不可预估的经济与资源损失。除此之外，设计过程中设计人员往往更强调理论性，没有结合水利水电工程施工建设内容分析各类工艺的可行性，最终使一些理论成熟的工艺无法应用在水利水电施工中。

3.4 设计人员综合素质有待提高

水利水电工程设计难度高，工程设计中涉及的专业较多，工程项目中的水工建筑设计、机电设施设计、机电设备安装设计需由不同的设计人员负责，所以，需要各专业设计人员加强沟通，定期交流。但多数水利水电工程建设中，设计小组人员的综合素质有待提高，沟通、交流的作用不明显，部分设计专业配置不到位，无法满足水利水电工程设计的质量要求。部分设计人员设计理念落后，没有结合新时期对水利水电工程的相关要求完成设计方案，同时忽视了项目建设中各类工艺的衔接，使项目设计方案难以有序落实，且设计成果与新时期的建设方向相背离[2]。

4 中小型水利水电工程设计问题的有效对策

4.1 重视设计前的实地勘测

为提升中小型水利水电工程的设计质量，设计人员还应重视设计前的实地勘测工作，为设计方案的制订获取更完整的参考数据。具体包括以下3个方面：（1）设计人员应详细梳理水文环境、气候条件、地质条件、地形信息等水利水电工程建设区域的勘测内容，然后应用GIS、GPS、计算机、RS等先进技术采集水利水电工程的勘测数据。（2）掌握实地勘测信息后，运用大数据技术，分析各类信息在设计方案中的应用价值，更全面地评估设计方案的可靠性。需要注意的是，勘测水利水电工程建设区域时，对于山地中的中小型水利水电工程，相关人员可应用山地勘探技术，揭示地表地质情况，提前为工程基础开挖作业提供实验数据，使设计人员制订更科学的设计方案。（3）工程勘测过程中，设计人员应重点关注工程测量、区域构造稳定性分析、水库勘测、水工建筑物实地勘测、天然建筑材料勘测等勘察内容，完整地汇总水利水电工程设计中的基础信息。

4.2 引用先进的设计技术

水利水电工程所涉及的机电工程、水工建筑工程设计难度较大，为降低设计质量风险，设计人员可引用先进的设计技术辅助设计工作的开展。设计人员可基于计算机技术，详细绘制设计图，并结合实地情况调整设计数据，增强中小型水利水电工程设计方案的可行性。

水利水电工程中的主体结构包括重力坝、拱坝、水闸、发电站、溢洪道等，设计各结构时，设计人员应利用计算机技术进行水文分析与计算，准确分析设计方案中相关数值的可靠性。

设计人员可运用CAD三维技术构建设计模型，用立体化的设计模型优化各类设计参数。具体包括以下几方面：（1）CAD技术可利用大数据分析的方式建立水利水电工程三维地形，立体呈现设计方案中的大坝、原始地貌、引水洞等结构。在可视化设计图形中，设计人员可详细计算复杂结构中的体积，准确计算土石方量。（2）水工设计时，三维CAD技术可给出水工设计的剖面设计图、平面设计图，使设计活动中各专业的设计人员能够依据立体的设计模型有效沟通，最大限度地促进水工设计、水电设计的衔接性。（3）基于三维CAD技术，设计人员可运用CAD软件绘制水库水位曲线，优化水库整体设计。设计人员将水位、库容数据录入该软件后，软件可自动进行计算库容差，随后自动绘制水库水位曲线图。

4.3 加强设计质量管理

为提升中小型水利水电工程建设质量，设计单位应加强设计质量管理，严格把控水利水电工程的设计质量。在此过程中，设计人员应结合工程施工建设的实际需求，分析设计图、设计方案的实效性及其指导意义，按照设计内容核查设计方案中的细节信息。

水利水电大坝设计中，设计人员应梳理的设计内容包括大坝浸润线设计、大坝渗透压力、水力坡降、局部渗流稳定性等。计算大坝渗流量时，可应用水力学解法、流体力学解法、模拟实验、计算机数值模拟等方式，分析设计方案中的大坝渗流情况。堤防工程设计时，还应计算背水坡面的稳定系数、土体渗透系数，合理选择堤身、堤基结构中的设计值。除此之外，将大坝设计为拱坝时，设计重点在于加强大坝坝体的应力控制。在水利水电工程设计质量管理中，相关人员应采用拱梁分载法计算大坝的主压应力，同时根据混凝土容许压力控制大坝应力。

4.4 渗透绿色生态设计理念

为利用水资源，保护生态系统，相关人员在规划设计水利水电工程时，还应渗透绿色生态设计理念。设计人员应在考虑经济指标的过程中，评估水利水电工程中机电设备安装、水工建筑施工造成的不利影响，然后以生态保护为导向，优化水利水电工程整体设计。在水利水电工程岸坡防护设计中，设计人员应遵守生态规律，注意预防水土流失，多采用堆石、干砌等施工手法，减少水利水电工程对周围生态环境的影响。

4.5 提升设计人员综合素养

设计人员是水利水电工程设计的主体，只有设计人员具备较强的综合素质、专业能力、责任意识，才能制订优质的水利水电工程设计方案。因此，相关人员还应加强设计人员的专业培训，提升其综合素养。培训过程中相关人员可从理论培训、设计培训、技术培训入手，使设计人员全面地认识水利水电工程，能够运用所学知识科学地设计水利水电工程结构，针对性地解决水利水电工程设计中的各类难题，提高工程设计质量。

5 中小型水利水电工程的设计趋势

5.1 设计内容的多元化

根据新时期对水利水电工程的要求可知，水利水电工程未来的趋势是建设生态型、功能型的水利水电工程，所以，未来中小型水利水电工程的设计内容将呈现出多元化特征。

1）设计人员应将生态理念、绿色理念、水土保持理念融入水利水电工程设计中，在保护资源环境、水环境的过程中利用水资源，构建生态化水利水电工程，使人与自然和谐相处。

2）设计人员会在设计技术成熟后，应挖掘水利水电工程的潜能，开发更多有价值的功能，使其在具有防洪、灌溉功能的基础上，具备更多人们生产、生活方面的功能，满足社会各个阶段的基本需求。

5.2 设计方案的标准化

随着水利水电工程建设要求的增多，为确保其建设质量，该类工程设计方案应逐渐规范化、标准化。设计人员需要依据中小型水利水电工程设计的质量要求，详细梳理设计标准，用标准化的设计质量评估指标，提升设计质量；设计人员应规范设计行为，自觉遵守相关设计标准，促进我国水利水电工程建设的标准化发展[3]。

6 结语

为提升中小型水利水电工程建设水平，改善其基本性能，相关人员还应结合现阶段中小型水利水电工程设计中存在的问题，加强设计质量管理，严格要求设计人员从工程勘测环节入手，持续优化设计方案。同时利用完整、有价值的参考数据细化水利水电工程设计内容，使其有效地指导水利水电工程的施工作业，保障水利水电工程的整体建设质量，为各地区水资源的高效利用创造有利条件。